(57)【要約】【課題】  付着強度に優れたアルマイト処理層を有する、アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】  ＳｉＣ粉末を成形してプリフォームを形成する工程と、前記プリフォームに溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、前記加圧浸透により得られた複合材料の表面に付着した余分なアルミニウム合金を所望のアルミニウム合金層を残して研削する工程と、前記研削により表出したアルミニウム合金層の表面をアルマイト処理する工程と、を含む複合材料の製造方法。【選択図】         図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料であって、前記複合材料の表面には、アルミニウム合金層を介在としたアルマイト処理層を具備してなることを特徴とする複合材料。
【請求項２】
ＳｉＣ粉末を成形してプリフォームを形成する工程と、前記プリフォームに溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、前記加圧浸透により得られた複合材料の表面に付着した余分なアルミニウム合金を所望のアルミニウム合金層を残して研削する工程と、前記研削により表出したアルミニウム合金層の表面をアルマイト処理する工程と、を含むことを特徴とする請求項１記載の複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料及びその製造方法に関するもので、特に、アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料の表面がアルマイト処理されてなる複合材料及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属マトリックスとセラミックス強化材からなる複合体材料は、セラミックス強化材が有する剛性及び耐磨耗性と金属マトリックスが有する延性及び靭性とを併せ持つ特性を有するため、種々の用途に使用されるようになってきている。
また、このような複合材料は、ヤング率を密度で除した値である比ヤング率を大きくすることが可能なことから、大きな固有音速を有し、優れた振動減衰特性を備えている。従って、このような優れた制震性を有する複合材料を、例えば、ロボットの高速移動アーム等に応用することが可能である。
【０００３】
しかしながら、前記複合材料に、例えば一層優れた耐酸化性や耐腐食性を付与する必要がある場合は、この複合材料の表面をＡｌ2Ｏ3などの耐食材料で被覆することが必要となってきている。このような要求に対して、溶射法により複合材料の表面をセラミックス材料からなる溶射膜で被覆する方法が提案されている（例えば、特許文献1参照）。
【特許文献１】特開平11-138251号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、溶射法で形成された溶射膜と複合材料の付着強度は、複合材料の表面粗さの大きさに影響を受けるため、表面処理が不十分な場合は溶射膜の付着強度が弱くなるという課題があった。このため、周囲温度が急変した場合、溶射膜と複合材料との熱膨張差に起因して溶射膜が剥離するという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、その目的は、表面に付着強度に優れた被覆層(本発明では、アルマイト層)を有する、アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、課題を解決するための手段として以下の（１）、（２）を提供する。
【０００７】
（１）アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料であって、前記複合材料の表面には、アルミニウム合金層を介在としたアルマイト処理層を具備してなることを特徴とする複合材料。
（２）ＳｉＣ粉末を成形してプリフォームを形成する工程と、前記プリフォームに溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、前記加圧浸透により得られた複合材料の表面に付着した余分なアルミニウム合金を所望のアルミニウム合金層を残して研削する工程と、前記研削により表出したアルミニウム合金層の表面をアルマイト処理する工程と、を含むことを特徴とする（１）に記載の複合材料の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、表面にアルマイト処理層を有するため耐食性を向上させた、アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料を容易に作製することができる。さらには、アルマイト処理層の付着強度が大きいため、温度を急変させてもアルマイト処理層の剥離などの問題が生じない複合材料を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について、更に詳しく説明する。
本発明では、アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料であって、前記複合材料の表面には、アルミニウム合金層を介在としたアルマイト処理層を具備してなることを特徴とする複合材料を提案している。
【００１０】
本発明で、アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末を複合されて複合材料とする理由は、上記したように、ＳｉＣ強化材が有する剛性及び耐磨耗性とアルミニウム合金マトリックスが有する延性及び靭性とを併せ持つ特長を発現させるためである。特に、ＳｉＣは剛性が高く熱膨張係数が小さいので、アルミニウム合金と複合化させた複合材料はセラミックスの熱膨張係数に近いものが得られるという長所がある。
ここで、アルミニウム合金としては、公知のＡｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金等を用いることができる。
また、強化材としてのＳｉＣ粉末は、粒子状およびウイスカー状、および、繊維状のものが目的に応じて用いられる。
【００１１】
次に、複合材料中のＳｉＣ粉末の含有率は、４０〜８０体積％であることが好ましい。その理由は、ＳｉＣ粉末の含有率が、４０体積％より小さいと複合材料の熱膨張係数が大きくなるため、半導体製造装置等の精密位置決め制御を要する用途には用いることができなくなるからである。
また、ＳｉＣ粉末の含有率が８０体積％より大きいと、プリフォームの作製が困難となり複合材料の作成ができないからである。
【００１２】
また本発明で、アルマイト層と複合材料の間に、アルミニウム合金層を介在させる理由は、複合材料の表面にＳｉＣ粉末が表出していると、その部分はアルマイト処理ができなくいため均一なアルマイト層が得られないからである。
【００１３】
ここで、アルミニウム合金層の厚みとしては、０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましい。
その理由は、アルミニウム合金層の厚みが、０．０５ｍｍ未満と薄いと表面にＳｉＣ粉末が表出した面が残存して好ましくなく、また、アルミニウム合金層の厚みが、０．５ｍｍを超えて厚いと複合材料の熱膨張係数の増大を招き好ましくないからである。
【００１４】
次に、本発明に係るアルマイト処理の方法としては、公知のアルミニウム部材を前処理した後に、その表面に陽極酸化皮膜を形成する方法を用いることができる。
なお、本発明の複合材料に所望の耐酸化性や耐腐食性を付与するためには、５μｍ以上の厚みを有するアルマイト処理層を具備することが好ましい。
【００１５】
次に、本発明では、ＳｉＣ粉末を成形してプリフォームを形成する工程と、前記プリフォームに溶融アルミニウム合金を加圧浸透させる工程と、前記加圧浸透により得られた複合材料の表面に付着した余分なアルミニウム合金を所望のアルミニウム合金層を残して研削する工程と、前記研削により表出したアルミニウム合金層の表面をアルマイト処理する工程と、を含むことを特徴とする前記の複合材料の製造方法を提案している。
【００１６】
ここで、ＳｉＣ粉末を成形してプリフォームを形成する工程としては、ＳｉＣ粉末に有機バインダーを添加し、プレス成形により形成する方法や、ＳｉＣ粉末に水などの溶媒を加え、フィルタープレスにより形成する方法などが挙げられる。
【００１７】
次いで、得られたプリフォームを溶湯加圧装置内に入れて加熱して、溶融アルミニウム合金を加圧浸透させることにより複合材料が得られる。
ここで、溶湯加圧装置内に溶融アルミニウム合金を流し込む際の、ＳｉＣ粉末を成形したプリフォームの加熱温度は、５００〜１０００℃、好ましくは７００〜８００℃とすることが望ましい。
また、溶湯加圧装置内に流し込む際の溶融アルミニウム合金の温度は、７００〜１０００℃、好ましくは７５０〜９００℃とすることが望ましい。更には、溶融アルミニウム合金の浸透は加圧による高圧鋳造法にて行うことが好ましい。この場合の加圧力は、１０ＭＰａ〜１００ＭＰａ 、好ましくは２０ＭＰａ〜８０ＭＰａとすることが望ましい。
【００１８】
次に、加圧浸透させた後は、通常は、得られた複合材料の表面に付着した余分なアルミニウム合金を研削して目的の複合材料を得ている。
しかし、本発明では、前記加圧浸透により得られた複合材料の表面に付着した余分なアルミニウム合金を所望のアルミニウム合金層を残して研削している。その理由は、前記したようにアルマイト層と複合材料の間に、アルミニウム合金層を介在させるためである。
【００１９】
次に、研削により表出したアルミニウム合金層の表面に上記したアルマイト処理を行えば、本発明の表面にアルマイト処理層を有する複合材料を製造することができる。
【００２０】
次に本発明の実施例と比較例により本発明をさらに説明する。
（実施例）
市販のＳｉＣ粉末(信濃電気製錬製、平均粒径６０μm)７０重量部とＳｉＣ粉末(信濃電気製錬製、平均粒径１０μm)３０重量部に、バインダーとしてＰＶＢ(ポリビニルブチラール)５重量部、コロイダルシリカ５重量部を添加し、これをプレスして２００×２００×２０mmの大きさに成形して、セラミックス強化材の充填率が６０体積％となるプリフォームを形成した。
得られたプリフォームを溶湯加圧装置内に入れ、７００℃で加熱した。次に、アルミニウム合金(ＪＩＳ ＡＣ８Ａ)を７５０℃で溶融させた溶湯を３０ＭＰａの圧力で加圧して、溶融アルミニウム合金をプリフォーム内に加圧浸透させて複合材料を得た。得られたアルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料に付着した余分のアルミニウム合金部分を研削により加工除去し、複合材料の表面に厚さ０．１ｍｍのアルミニウム合金層が一体形成された複合材料を得た。次に、研削により表出したアルミニウム合金層の表面を陽極酸化法によりアルマイト処理を行って、厚さ１０μｍの厚みを有するアルマイト処理層を得た。以上のようにして、本発明の実施例である表面にアルミニウム合金層を介在としたアルマイト処理層を有する複合材料を得た。
【００２１】
ここで、図１に本発明に係る複合材料の概略模式断面図を示した。図において、１は、アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料で、２は、アルミニウム合金層で、３がアルマイト処理層である。
【００２２】
得られた、複合材料部から、３×４×２０mmの試験片を切り出し、熱膨張係数測定装置で熱膨張係数を測定したところ、８．０×１０-6/℃であり、Ａｌ2Ｏ3とほぼ同じ熱膨張係数を有していた。
次に、室温〜200℃の温度サイクル試験を１００回実施したが、アルマイト処理層の剥離や亀裂は生じなかった。
【００２３】
（比較例）
余剰のアルミニウム合金を全て除去して、アルマイト処理層と複合材料の間に、アルミニウム合金層を介在させなかった以外は、実施例と全く同様の方法及び手段で、アルマイト処理層を有する複合材料を作製した。その結果、強化材であるＳｉＣ粉末の表面にはアルマイト処理層が形成されないため、均一な被覆層とはならなかった。
【００２４】
実施例と比較例の結果から、本発明によれば、表面に均一なアルマイト処理層を有するため耐食性を向上させた、アルミニウム合金マトリックス中にＳｉＣ粉末が複合された複合材料を容易に作製することができ、アルマイト処理層の付着強度が大きいため、温度を急変させてもアルマイト層の剥離などの問題が生じないことが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る複合材料の概略模式断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１；複合材料
２；アルミニウム合金層
３；アルマイト処理層
【図１】
2007217746.tif 000003